Weed control

许多农户都面临着为土豆除草的难题 。对于土豆而言,百草枯是一种非常有用的除草剂,因为它能够在土豆栽种之后,到土豆幼苗出土之前除去杂草1。这就让农户可以根据杂草长势,依时采取除草措施 。由于土豆幼苗出土需要四个星期的时间,所以在栽种之后杂草可能会大量生长。如果在土豆作物冠层闭合之前任杂草生长,杂草可能会迅速肆虐成灾,严重损坏土豆作物2
杂草会与土豆争夺阳光、水分和养分,因此如果不予控制,将导致土豆减产和质量严重下降。此外,大株杂草还会缠绕作物,妨碍收获作业 。杂草还将导致病虫害滋生。密布于作物冠层中的杂草会阻碍空气流通,造成湿度升高,发生特别是像马铃薯疫病(Phytophthora infestans)等真菌疾病 。马铃薯疫病能破坏土豆作物,因此就需要施用大量杀菌剂。
百草枯一旦接触土壤即失活固化,因此不会影响土豆种子或是后期块茎的生长。

土豆介绍 3,4

在过去 20 年间,发展中国家的土豆栽种规模翻了一番。
中国的土豆栽种规模位居世界第一——2008 年的栽种面积约为 460 万公顷。
其他主要土豆种植国包括俄罗斯(210 万公顷)、印度(180 万公顷)、乌克兰(140 万公顷)以及波兰(50 万公顷)。
比利时是单位面积产量最高的国家,每公顷能出产土豆 46 吨。而美国、新西兰以及一些西北欧国家也是土豆的高产量国。
土豆每消耗 1000 升的水就能储存 5600 千卡的能量(比玉米高 45%,比小麦高 140%,比大米高 180%)
土豆蒸发每单位水分所生产的蛋白为小麦的两倍
在白俄罗斯,平均每人每年消耗 181 公斤土豆

 
可持续的土豆种植
2008 年是联合国的国际土豆年4。根据 2008 年各国分享的经验,联合国编写了一本可持续生产准则指南5。良好的农业操作规范准则推荐包括:

对土豆种植地进行土壤管理,以减少水土流失
保持或恢复土壤有机质水平
保持土壤结构
降低水份流失和改善渗透能力

通过减少不必要的土壤耕作,可实现所有这些目标。过度耕作会使得土壤退化,造成斜坡地带发生土壤侵蚀,例如南美洲安第斯山区山麓这一土豆原产地 。在那里,种植土豆的传统土地整备方式是犁耕或耕作两、三次。根据哥伦比亚相关机构的估计,每年全国每公顷耕地平均流失的土壤为 20 吨。在最为严重的情况下,因土壤侵蚀造成的土壤流失可达到每公顷 100 吨 。流失的土壤最终沉积在沟渠、河流和湖泊中,阻碍水流。沉积物中的矿质养分和降雨径流可导致藻类大量繁殖,消耗溶解氧,从而降低受影响水体的生物多样性。
最近,在一项以百草枯安全有效的使用方法为焦点的项目中,哥伦比亚昆迪纳马卡地区的 4000 家农户接受了保护性农业技术培训6
项目设立了多个示范区,向农户展示了如何对土豆作物采用保护性农作方法。

使用百草枯成本低、环境效益好:这是菲律宾大学从最近刚刚完成的一项为期 4 年的香蕉林杂草治理方法对比研究中得出的重要结论。
试验在菲律宾的南部大岛——棉兰老岛的一个商业种植园里进行。作为重要的出口水果,香蕉为菲律宾的经济作出了重大贡献。因此,在许多陡峭的斜坡上又相继开辟了一些新种植园,但斜坡上的水土流失现象却对可持续生产构成了严峻的威胁。菲律宾政府估计,每年从 2800 万公顷的土地上流失的土壤就要达 6 亿 2300 万吨。
保护好地表植被可减少水土流失。因此,杂草治理非常重要,既要确保有足够的植被覆盖率以避免土壤流失,又不得使其过度繁茂,与作物相互竞争。因此,试验人员将两种杂草治理方法进行了对比。在进行田间试验时,主要就以下两种方法进行了对比:一种是人工除草和使用“bolo”镰刀除草的传统方法;一种是先喷洒一种草甘膦,然后再喷两遍百草枯,一月一次。在随后的两年中,为配合时刻变化的杂草生长模式,又对试验方式进行了修整。当 30% 的地表覆盖限度被突破之后,只有使用了百草枯的田地上的杂草才得到了控制。
即使在坡度达 25% 的试验田里,使用百草枯治理杂草也是非常成功的,水土流失降低到了 1 吨/公顷/年以下。
另外,覆盖在香蕉林土地上的腐烂香蕉叶也有助于保护土壤。喷洒了百草枯的试验田,其水土流失现象倾向于减少。但是,由于数目一般较小,因此其统计意义往往不大。
不过,当对降雨事件进行更密切的分析时,会发现降雨强度明显加强,使用化学处理法的优点也随之明朗起来。
人工除草法会使土壤松动,从而容易造成土壤流失,破坏作物根部,引起杂草的新一轮疯长。除了和香蕉争夺水分和养分外,杂草还会滋生害虫和疾病。本研究中还包括某些常见阔叶杂草,它们可能会直接导致减产,并且还会增加采用其他作物保护产品的需求。下面罗列出这类杂草的名单。

滋生害虫和疾病的香蕉林地杂草

鬼针草(Bidens pilosa) 容易滋生 青枯病菌(Ralstonia solanacearum),引起莫科细菌性青枯病(moko bacterial wilt) ,此病是菲律宾香蕉所遭受的破坏力最大的病原体之一,仅次于香蕉叶斑病(sigatoka)。香蕉的维管系统感染此病之后,会阻碍水分和养分的输送。
印度铁苋菜 (Acalypha indica) 会滋生线虫 (根结线虫属 ),这是一种很厉害的香蕉害虫。
藿香蓟 (Ageratum conyzoides) 滋生各种线虫和真菌病原体。

 
蚯蚓是土壤肥力的重要标志,并可改善土壤质量。每四年对蚯蚓族群进行一次研究。使用手工除草和化学除草的试验田,其蚯蚓的数量没有差别,这表明化学处理法对生物多样性和土壤肥力没有不良影响。
在整个试验过程中,相比传统除草方法,使用百草枯和草甘膦治理杂草将成本降低了 40% 以上。喷洒百草枯见效较快,并且只需要手工除草的 1/4 劳动力。
注意
百草枯领先产品的品牌名称为 Gramoxone。
 

在萨摩亚群岛,百草枯不仅帮助农户获得主要食物,还让芋头成为非常重要的出口作物。这个太平洋小岛上的橄榄球队员令对手生畏,您是否想过,是什么赋予他们如此惊人的体格和力量?除了芋头之外,别无他物。芋头是一种含淀粉的热带块根作物,在许多自耕自食的人类聚居区,特别是在太平洋的众多岛屿上,它是一种主食。 虽然这些橄榄球队员很可能有各种食物可供挑选,但对于这些地区的许多人来说,芋头却是必不可少的食物。
芋头是一种热带作物,保护它免遭杂草的侵害非常重要。这一地区的气候炎热潮湿,茂盛的杂草会降低芋头的产量。采取人工耕作虽无不可,但这种方法不仅耗时费力,而且会让农户错失许多机会,尤其是贫困居住区农户受教育的机会。 因此,选择正确的除草剂是一种有效的替代方法。杂草控制对于旱地种植的芋头非常重要,特别是在前 3 个月。杂草在这种气候条件下生长茂盛,因此须通过人工锄草或喷洒除草剂对各种一年生和多年生杂草进行控制。

有关芋头的其他资料

进一步了解百草枯用于芋头的情况,点击此处
阅读有关芋头种植的详细文章,点击此处

百草枯可用于芋头田在种植前后及行间的杂草控制。百草枯能控制大多数杂草,而且不会从接触叶片的区域移动,进入土壤后即发生钝化。与人工除草相比,百草枯具有很多优势,如省时省力,避免浅层草根受损等。与其他除草剂相比,百草枯也有很多优势。与草甘膦相比,它可用于控制行间杂草,而且对作物的伤害风险要小得多;与那些在土壤中残留的除草剂相比,它的用量小得多,而且不会浸析或影响之后栽种的作物。百草枯还可耐雨水冲刷 15-30 分钟。
 

来自食品与农业组织(FAO)的知名杂草专家们称,杂草虽然不像旱灾、虫害或猪流感一样引人关注,但却会无声无息地给人类带来持续不断的灾难。Ricardo Labrada-Romero 引用著名环保组织新西兰土地环境保护研究所(Landcare Research)的研究数据称,由于杂草无法得到控制,致使农作物损失严重,相当于每年要损失 3.8 亿吨小麦。考虑到 FAO 的统计数据显示目前全球超过 10 亿的人口正处于饥饿状态,杂草肆虐所造成的严重影响不言而喻。
 
就生产 3.8 亿吨小麦所需的农田而言,如果以全球小麦平均产量为 2.8 吨/公顷(FAO 2007 年估计值)来计算,那么所需的农田面积将达到惊人的 1.35 亿公顷(合 3.35 亿英亩),相当于两个法国的国土面积。
 

杂草肆虐导致作物损失严重*
等同于小麦种植损失面积
                               (百万公顷)
杂草                          135
病害                          121
虫害                           65
鸟类、啮齿动物等     3
          
*根据 FAO 所引用自新西兰土地环境保护研究所的数据

而更糟糕的是,杂草导致的作物损失有四分之三都发生在发展中国家。Labrada-Romero 强调,在一些贫穷的国家,人们往往花费很多时间与精力来手工除草,致使总的经济损失进一步扩大。“在非洲,由于只能通过手工人力方式除草,佃农们需要每天都在田间辛苦劳作,这意味着就体力上而言,一户家庭根本应付不了 1 - 1.5 公顷以上的农田。”Labrada-Romero 先生解释到。

详细了解除草剂的工作机理和起效模式,对于我们更有效地利用除草剂非常重要。除草剂的起效模式对于其所能控制的杂草类型、作物的选择性及杂草的耐药性都至关重要。
除草剂通过影响杂草的生长方式控制杂草的生长。通过不同的起效模式,最后,除草剂或阻止杂草的种子发芽或长成幼苗,或阻止杂草汲取生长所需的碳水化合物,蛋白质或脂类(油和脂肪),或使其茎叶枯萎以达到去除杂草的目的。
百草枯的MOA为:杂草通过光合作用吸收的太阳能,会将其转化为活性极高的自由基,分解细胞膜,从而使叶子快速枯萎。 如果阳光充足的话,整个过程只需耗费几个小时。 百草枯对几乎所有的绿色植物均起效,是一种广谱非选择性除草剂。 如需进一步了解,请点击此处观看视频,了解百草枯的工作机理。
其它除草剂的作用原理通常为:阻止杂草制造用来合成生长所需物质的酶,使杂草内缺乏通常所需的物质,并积聚起可能有破坏性的生化物质,从而使杂草生长放缓,并最终消灭杂草。

起效模式的资料

280+ 除草剂活性成份
20+ 除草剂起效模式
1980: 1980年:最新的起效模式。
一片农田内使用同一种起效模式的除草剂会具有弊端

随着植物的进化,植物体内完成生理过程的生化系统也会随之出现细微的区别。基因突变导致了除草剂具有基于其起效模式的选择性。同样,基因突变也是杂草对除草剂产生耐药性的原因之一。通常情况下除草剂对某类杂草有杀灭作用,但也有可能极个别的植株因为酶变异而不受除草剂的影响。当这类植株得到进一步繁殖,并在一片农田中取得杂草种群的优势的地位时,杂草便会爆发出耐药性。确保使用不同起效模式的除草剂,对于防止杂草出现耐药性大有裨益。
除草剂还有几种其它的起效模式。第一种选择性除草剂模拟植物激素——化学信号以控制杂草的生长。另一种除草剂可以通过各种方式影响细胞分裂,诸如当细胞内的染色体准备一分为二时,扰乱其分裂机制。
最近的研究发现,农民通常认为,当杂草对某些除草剂出现耐药性时,就需要开发出新的除草剂取而代之。但是,1980年以后,我们就一直生产同一种起效模式的除草剂,杂草对诸如草甘膦等除草剂产生的耐药性会减少作物产量,也就意味着对几种起效模式加以明智地运用才是至关重要。
如需详细了解除草剂起效模式,请点击此处。 
 

简介
除草剂通过影响杂草的生长方式控制杂草的生长。通过不同的起效模式,包括:最后,除草剂或阻止杂草的种子发芽或长成幼苗;阻止杂草汲取生长所需的碳水化合物、蛋白质或脂类(油和脂肪);使其茎叶枯萎以达到去除杂草的目的。详细了解除草剂的工作机理和起效模式,对于我们更有效地利用除草剂非常重要。除草剂的起效模式对于其所能控制的杂草类型、作物的选择性及杂草的耐药性都至关重要。
通过对喷洒除草剂后的杂草进行观察,所发现的症状可以反映出该除草剂的起效模式。就除草剂的研发而言,在筛选新的化学品的过程中,专家们会仔细观察并详细了解杂草出现的症状及症状出现的时间,以便于判断出该化学品的起效模式 。要全面地了解一种起效模式,需要植物生理学家、生物化学家、分子生物学家和许多其它学科的专家通力合作,耗时数年。我们已经完全了解和掌握了百草枯明确的起效模式——欲知详情,请点击此处。
对一种除草剂的起效模式了解的越详细,就越能安全有效地运用该类除草剂。在研究除草剂起效模式的过程中,专家们有时竟然意外地研发出了新药物,nitisinone胶囊就是其中之一,如今它已经晋升为治疗一种罕见的儿科代谢系统疾病——I型遗传性酪氨酸血症的一线药物,使患者无需再进行肝移植 。而最初专家们在研究Nitisinone时,仅将其作为一种可能的除草剂来研究。它的起效模式是抑制4-羟基苯丙酮酸双加氧酶,与包括先正达公司的硝草酮(Callisto)在内的其它几类主要的商业除草剂的起效模式无异1
起效模式详细说明
通常情况下,除草剂的起效模式为:使其目标酶不再正常工作,或完全停止工作。通常这是因为除草剂的分子已经通过某些方式使目标酶的分子形状发生了扭曲。要想令酶正常工作,其分子形状至关重要 。酶是一种“催化剂”。它们为某种化学反应提供了平台,虽然不直接参与到化学反应的过程中,但是缺了它们,化学反应就不能有效地进行。除草剂使目标酶发生变异,将出现各种各样的结果,产生的主要效果有二:

化学反应所需的化学物质将聚积起来,并可能具有直接或间接的破坏性。
因为反应产生的化学物质通常能起到保护植物的作用,所以如果不产生新的物质,杂草的生长便会受到抑制,此外,也可以通过令杂草基本构成单元营养匮乏抑制杂草生长。

图表1中的酶是正常工作的酶 。图表2中,除草剂令生化物质无法聚集,更无法像在常规情况下那样产生新的物质。所以,植物会缺乏该类新物质,其基本构成单元也可能会遭到破坏。图表3中所示的酶已经发生了突变,所以即使喷洒了除草剂,化学反应也得以继续进行 。除草剂对具有这类酶的该类杂草具备了选择性,或是这只发生突变的植株不断繁殖,这两者任意一种情况都可能导致具有耐药性的杂草种群的出现。
随着植物的进化,植物体内完成生理过程的生化系统也会随之出现细微的区别。有时,携带了针对某类特定的酶或是其它除草剂目标DNA代码的基因在某些品种内会发生变异,使该类酶产生变化,其所含的几千种氨基酸中的一至两类便会出现不同 。这种细微的变化使得杂草能照常生长,同时也意味着具有一种起效模式的除草剂作用于这种酶时,只能对一个种类起效,也就是只能作用于特定的一类品种。

《百草枯与可持续农业生产》,作者:Richard H. Bromilow
Richard H. Bromilow 在其论文《百草枯与可持续农业生产》中探讨了百草枯对于全球可持续农业生产的支持作用。
摘要:考虑到人口的快速增长,可持续农业生产对于人类的生存至关重要。在剩下的自然植被区内开辟新的耕地是不合时宜的,因为这会降低地球的生物多样性。因此,无论是小农户还是大农场,我们需要保持并切实提高现有耕地的产量。
杂草控制常常是限制增产的原因之一:杂草的生物学控制作用有限,而如果进行机械控制,则采用机器方法过于困难,采用人工方法又过于耗费人力。因此,使用除草剂就显得非常重要。此外,最小化耕作也非常重要,因为这能降低土壤耕作的工作量、限制土地侵蚀,还有助于保持土壤中的有机物质。
最后这一点有助于保持土壤结构及土壤中生物体的数量,并能维持地球土壤这个巨大的吸碳池,这在解决全球变暖问题时是一个重要考虑因素。
20 世纪 60 年代早期,联吡啶除草剂百草枯的引入大大推动了多种农作物的杂草控制。百草枯有一个特性:只有直接喷洒在植物上才会起效,而不是依靠从土壤中吸收,因此土壤中强大的吸附力不会使它失效。此外,它还能在日光照射下快速破坏绿色植物组织。百草枯的这些属性使它适用于多种农作物,包括采用低耕作方式种植的作物。这篇论文回顾了为了利用这些属性而开发出的以及正在开发的农业系统,并对 40 多年来百草枯在全世界的应用进行了风险/收益分析。
© 2004 化学工业学会版权所有
点击此处查看全文。

百草枯在全球范围内广泛用于各种杂草的控制,但要有效而持续地控制杂草,了解杂草的相关知识至关重要。
一种植物因何变成杂草?怎样为杂草分类?如何利用杂草的特性和生长方式对它进行有效的控制?为何百草枯是农户的好帮手?
什么是杂草?
杂草通常指有害的植物。杂草生长在等待种植的耕地中,与作物一同长出。在水果、藤本作物、橡胶树、油棕等多年生作物中,杂草会不断长出,并且受气候和季节更替的影响,新长出的杂草会更加茂盛。

杂草之所以有害,其原因有许多:

它们与作物争夺阳光、水分和土壤养分,导致作物的产量和质量下降。
它们会滋生病虫害。
大型杂草、攀援性杂草或多刺的杂草会阻挡人们进入农田,从而为病虫害治理、施肥、收获及其他工作造成困难。

虽然杂草常常不讨人喜欢,但它们并不总是带来麻烦。有时候杂草的作用也很重要,例如减轻土壤侵蚀、为益虫和野生动物提供栖息地、丰富生物多样性等等。然而,杂草对作物的影响并不限于正在种植的作物,我们必须对杂草进行管理。常言道“长草容易除草难”。当杂草达到一定规模或数量后,就会造成种种问题,问题的严重程度取决于杂草的侵略性有多大。每位农户都离不开杂草管理,百草枯是一种非常经济、环保和灵活的工具。
杂草的种类
根据叶片形状、生命周期、最适合生长的气候或季节的不同,杂草可以分为许多类型。

阔叶类杂草还是禾本科杂草?杂草的叶片形状各异,禾本科杂草的叶片长而窄,除此之外的其他杂草大多属于阔叶类。阔叶类杂草的种子上有一对贮藏器官,发芽后该器官将变成第一对“叶片”,这对叶片叫做子叶,因此阔叶类杂草又称为双子叶植物。
禾本科杂草属于单子叶植物。但也有一些禾本科杂草长有阔叶,例如重要的热带杂草鸭跖草。还有一种杂草与禾本科杂草相似,那就是为数不多的莎草类杂草。莎草类杂草之所以受到重视,是因为它们很难控制。事实上,香附子(Cyperus rotundus)就号称“世界上危害最大的杂草”。
一年生杂草还是多年生杂草?一年生杂草从发芽、开花到结籽全在一个季节中完成。而多年生杂草具有地下繁殖器官(通常是根茎),因此能够生长多年。多年生杂草有两种繁殖方式,一是由种子长成新株,一是从根茎上长出子株。还有一类杂草分别在两个季节中发芽和开花,属于两年生植物。度过冬天,它们会突然长出高高的花枝。

喜欢生长在凉爽的季节还是温暖的季节?经过不断进化,杂草变得最适合在特定温度和日照长度下生长。这就决定了它们会在哪些作物田中出现,以及什么时候发芽(例如是属于冬季一年生杂草还是夏季一年生杂草)。此外,在热带气候地区,一些杂草在旱季更为茂盛,而另一些杂草则在雨季生长得更好。

杂草的特性
只要能影响杂草内部的生物化学过程,除草剂就很容易除掉杂草。一旦进入杂草细胞的内部,除草剂就能打断细胞的正常功能,导致细胞死亡。但是,要想杀死杂草本身,还必须杀死所有生长点——嫩芽、根尖、枝芽和根茎。

作为一种先进的农事手段,杂草综合治理与免耕技术的共同目标都是为了提高生产效率和经济效益,同时减少作物生产对环境的影响。尽管这些手段在理念上具有超前性,但实际操作简单直接,可广泛应用于世界各地的各种耕作模式——从高机械化程度的农场运营模式到自耕自食的传统农业模式。
长久以来,耕作被认为是一种控制杂草的有效方式,然而是否还有其它可行的方式适用于免耕模式中的杂草综合治理呢?本章将主要讨论农户如何从两种技术的综合运用中获益。

如何控制杂草,这是全世界农民都感到困扰的一个问题。特别是在导致杂草问题的诸多因素尚未得到充分认识与有效解决时,他们踌躇满志,希望能够彻底改变这一局面。致力于治理而非控制不仅更加实际可行,而且正确地应用杂草综合治理(IWM)还能降低成本、保护土壤,同时抑制病虫害。
此外,免耕模式在经济效益和环境保护方面又独具优势。然而在免耕模式下,杂草的治理无法依靠先耕后种的传统方法来实现。尽管犁耕方式能够通过掩埋方式有效地清除杂草,但它成本高,费时多,而且可能导致土壤的侵蚀与压实。
而且由于耕作对燃料具有较高要求,加之其对土壤的作用,因而被认为是加剧能源问题与气候变化的一大致因。犁耕促使土壤有机物分解,导致二氧化碳的大量释放,而摒弃土壤耕作则能有效地锁住有机物中的碳元素。非选择性除草剂的发明,尤其是百草枯、以及后来的草甘膦,是免耕技术得以发展与推广的基础。
杂草综合治理(IWM):杂草转换与耐药性解决方案
除草剂的使用在很大程度上简化了杂草控制的过程,但过份依赖于任何化学除草剂都会导致某些杂草种类最终产生耐药性。在部分案例中,对磺酰脲类除草剂的耐药性会快速产生;而对草甘膦等其它除草剂,耐药性的产生过程相对缓慢,但也在所难免。而在 40 多年的应用过程中,百草枯仅在少数次要种类中产生过个别的耐药性案例。这主要因为百草枯通常与其它除草剂和传统杂草控制方法结合使用。并非除草剂才存在问题。任何单一的杂草控制方式都将导致农田中的不同杂草发生变化或“转换”,从而对作物产生压力,造成新物种入侵并占据被最有效控制方式遗漏的生境。
杂草耐药性和杂草转换促使研究人员和农户研发了有益于整个农耕模式的杂草综合治理(IWM)系统。IWM 使用全方位农业方式以最大限度地减小杂草的整体影响,同时也充分利用了非竞争性杂草覆盖带来的优势。在 IWM 中,除草剂的合理使用与耕种模式相结合。除草剂的使用旨在抑制杂草发芽或再生,以及灭杀特定杂草种群,如春季或秋季发芽的杂草。所用方法包括作物轮种、覆盖作物、宽窄行交替种植、机械或人工除草等。这里并没有理想蓝图。农户须根据作物种类、地理位置、季节等因素选择适宜的技术。
免耕技术:杂草综合治理(IWM)面临的挑战
耕作作为一种杂草综合治理(IWM)技术并不能在免耕模式下发挥作用。保护性农业制度提倡浅种而摒弃土壤翻耕,通过利用陈腐的苗床以对杂草进行有效的抑制。利用这一技术轻简耕种,旨在促进杂草种子出苗,并利用进一步的耕作或除草剂杀灭杂草。即使不对土壤进行任何耕种,仍然可以成功地综合利用多种技术来实现免耕模式下的杂草治理。
农户意识到免耕模式下的杂草具有不同的特点。

正如乔治·沃克·布什总统在其 2006 年国情咨文演讲中所承认的那样——“美国沉溺于石油无法自拔”。这不仅是美国的问题,沉溺的对象也不仅是石油。虽然石油、煤炭和天然气是为地球提供能量的化石燃料资源,但现在人们开始逐渐重视作物生物质,这种能提供能源和材料的重要替代源。
免耕农业和百草枯在维持粮食生产和保护环境的同时,还在提供充足作物生物质方面发挥着至关重要的作用。
目前,生物燃料产自作物的某些部分,这些部分又可作为食物,如粮食。这就带来两个问题:

生物燃料量不足
粮食产量可能不足

从种子淀粉和油料中提取的生物柴油或生物乙醇产量相对较低。同时,受经济和环境利益的驱动,人们将种植更多生物燃料作物,这些作物可能占用本应用来生产粮食的宝贵土地资源。在贫穷的第三世界国家,这一问题尤为突出。在墨西哥,众多贫困人口的主食——墨西哥面饼的价格上涨已成为一个亟待解决的问题。这是由于乙醇需求量的增加带动了美国玉米价格的上涨。
为了解决燃料和粮食问题,使用玉米秸或麦杆等非收获部分生产生物燃料不失为一个更好的办法。但是,如果农耕方式没有改变,这可能带来严重的环境后果,本文将对此进行探讨。
什么是生物燃料?
技术上称为“生物质”的各种植物原料可以通过压榨、加热和发酵等方式加工成生物燃料。大豆、向日葵、油菜籽、棕榈、椰果以及麻风树种之类的异域植物的提炼植物油可用来生产生物柴油。玉米、糖用甜菜、甘蔗、柳枝稷、小麦及其他“纤维”植物原料经过发酵可加工生产乙醇。
乙醇在全球的应用远远超过了生物柴油,因为乙醇拥有更多的成熟市场和基本设施作为支持。在美国,乙醇已和汽油混合使用多年,其主要生产原料是玉米。
目前在生产和市场运输过程中,化石燃料能源的高消耗使美国以玉米提纯乙醇作为全球变暖和能源安全解决方案的前景黯淡。乙醇生产的部分方案实际上就是依赖煤炭和柴油作为乙醇生产运行能源的。另一方面,巴西以甘蔗为原料的乙醇生产坚持 20 世纪 70 年代石油危机以后逐渐推出的高效生产流程,温室气体排放减少了 80%。
总体说来,生物柴油相比乙醇,其燃烧效率更高、排放量更低。研究表明:将所有能量消耗、燃油里程数和植物碳吸存量都考虑在内时,生物柴油的效能平均约为石油提纯柴油的 4 倍。乙醇效能约为石油提纯柴油的 2 倍。
生物柴油的生产和应用不仅能减少二氧化碳的排放,而且与石油柴油不同,它还可避免铅、硫或有毒芳烃(像苯、甲苯和二甲苯)物质的排放。在欧洲,柴油技术更为先进和普及,柴油在商用和民用运输方面的发展比在美国的潜力更大。欧洲的生物柴油产量远超美国。能轻松与传统石油柴油混合使用也许正是生物柴油的最佳卖点。使用传统柴油机的车辆无需进行任何改装就可使用混合燃料行驶。
预计未来十年左右,谷类秸秆和玉米秆将成为生物燃料的主要生产原料。目前,粮食和其它淀粉及糖分原料被用于生产“第一代”生物乙醇。不久,以杆草等纤维植物为原料生产“第二代”生物燃料的流程技术将应用到生物提炼企业中。